JPH0267782A - 半導体レーザ用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体レーザチップを液体で直接冷却するた
めのパッケージに関し、特に出力数１００ｍｗ以上の高
出力レーザの冷却に適したパッケージに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第２図は、例えば特許公報昭６３−２２４７７号公報に
示された、従来のフルオロカーボン系化合物などの液体
で冷却する半導体レーザ用パッケージの構成を模式的に
示す断面図、第３図及び第４図は第２図に示す半導体レ
ーザ用パッケージを回転させて設置角度を変えた場合を
示す模式断面図である。

図において、（１）は半導体レーザチップ（２）は透光
性ガラス、（３）は冷却用液体、（４）はパッケージ壁
、（９）は冷却用液体（３）の蒸気で満たされた空洞部
である。半導体レーザチップ（１）は、冷却用液体（３
）の中に浸漬されている。なお、図において半導体レー
ザ駆動用リード線などは省略されている。

次に動作について説明する。半導体レーザチップ（１）
を高出力で動作させる場合、半導体レーザチップ（１）
の順方向接合電圧■と駆動電流Ｉｏｐの積で決まるジュ
ール熱が発生し、半導体レーザチップ（１）の温度上昇
をきたす。この温度上昇による光出力の低下を防ぐため
、一般に現在、量産化されている半導体レーザのチップ
は、放熱の良いヒートシンクに取り付けられ、このヒー
トシンクを介シた自然放熱により、冷却されていた。こ
れに対し、第２図に示す半導体レーザチップ（１）の冷
却方法においては、半導体レーザチップ（１）は、熱伝
導率の良いフロロカーボン系の冷却用液体（３）の中に
直接、浸漬されているため、半導体レーザチップ（１）
のヒートシンク（７）に接触していない部分からも放熱
可能となり、過大な温度上昇を抑えることができる。

したかって光出力の熱的飽和が抑えられ、高出力動作が
可能となると共に、長寿命が実現できるという利点があ
る。また、この冷却方式においては、沸点の低い例えは
３０°〜５０°Ｃのフルオロカーボン系液体を冷却用液
体（３）として用いることにより、半導体レーザチップ
（１）から、直接沸騰気化させることかでき、その気化
熱により一層効率の良い冷却が可能となる。このとき、
気化した冷却用液体（３）は、空洞部（９）にたまり、
ここで、再び液化する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の半導体レーザチップを直接冷却用液体で冷却スる
ためのパッケージは以上のように構成すれているため、
第３図及び第４図に示すように、パッケージの水平面か
らの傾きによっては、レーザビームの出射方向に、冷却
用液体の液面が介在することがある。この場合レーザビ
ームは液面での屈折や、沸騰による気色の生成などによ
り、出射方向や強度等が大きく影響を受けるため、第２
図のような配置でしか、使用できないという制限があり
、実用上問題であった。また、これを避けるために、空
洞部を設けない方法が考えられるがフルオロカーボン系
化合物などの冷却用液体は、比較的、膨張係数が大きい
ため、温度上昇による冷却用液体の膨張により透光性ガ
ラスが割れるという問題があった。

この発明は、上記の様な問題点を解消するためになされ
たもので、設置角度に制限がなく、冷却用液体により効
率良く冷却できる半導体レーザ用パッケージを得ること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る半導体レーザ用パッケージは、パッケー
ジ内に、空洞を設けないように冷却用液体を充満すると
ともに、パッケージの側面を蛇腹状としたものである。

〔作用〕

この発明における、冷却用液体を充満したパッケージで
は、空洞部がないため、水平線に対しどのような角度で
パッケージを設置しても、レーザ光が液面でしょう乱さ
れることがなく、良質のレーザビームを取り出すことが
できる。また、パッケージの側面が蛇腹状キャップとな
っているので、蛇腹状キャップが伸縮可能となり、半導
体レーザチップの発熱により、冷却用液体が膨張しても
透光性ガラスが破壊することがない。

〔災施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は半導体レーザ用パッケージの構成を模式的に示
す断面図である。図において、＜１）〜（３）　、　（
９）。

（１０は第２図の従来例に示したものと同等であるので
説明を省略する。（５）はハーメチックシール型のステ
ム、（６）はサブマウント材、（７）は銀又は銅等のヒ
ートシンク、（８ａ）　、　（８ｂ）　、　（８ｃ）は
リード線、（６）はＡｕ線、（６）はコバール合金など
から成る蛇腹状キャップである。

冷却用液体（３）としてＣ６Ｆ１４　＝　ｃ、　Ｆｉｇ
などのフロロカーボン系の化合物や、市販の他のフッ素
糸不活性液体ゞフロリナート／／　　（商品名、住人ス
リー二ム社製）などを使用することができる。

冷却用液体（３）は、蛇腹状キャップ（２）内に、第２
図に示すような空洞部（９ンができないように完全に満
たされている。

この実施例のように冷却用液体（３）を沸騰させずに用
いる場合には、冷却用液体（３）の沸点として例えば１
５０’Ｃ以上のものが適当である。

次に動作について説明する。半導体レーザチップ（１）
を高出力動作させた場合、多量の熱が発生する。この熱
の一部は一般の半導体レーザ用パッケージと同様、サブ
マウント材（６）、ヒートシンク（７）及びステム（５
）を介し、空気中に放熱されるが、半導体レーザチップ
（１）及びヒートシンク（７）は、冷却用液体（３）に
接しているため、発生した熱の大部分は冷却用液体（３
）及び、蛇腹状キャップ（２）を介し、効率良く放熱さ
れる。このとき温度上昇により冷却用液体（３）は、熱
膨張するためパッケージ内の圧力は上昇する。しかし、
蛇腹状キャップ（６）が使用されているため、圧力に応
じ、レーザビームの出射方向αＱに蛇腹状キャップ（２
）の長さが伸縮し、内部の圧力は透光性ガラス（２ンが
割れる程、上昇することはない。すなわち、蛇腹状のキ
ャップ＠は、内部の圧力上昇を吸収する緩衝材的働きを
有しているため、第２図で示したような、空洞部（９）
をパッケージ内に設ける必要がない。したがって、この
発明による半導体レーザ用パッケージは、上記のように
出射方向α０を水平で使用するという設置角度の制限が
なくなる。また、蛇腹状キャップ□□□は表面積が大き
くなっているため、蛇腹状キャップ四を通した放熱が効
率良く行えるという別の効果もある。

なお、上記実施例では、ステム（５）に、ハーメチック
シール型ステムを用い、レーザ光の出射方向θＱに伸縮
可能な蛇腹状キャップ（２）を有し、先端に透光性ガラ
ス（２）を設けた場合について説明したが、ハーメチッ
クシール型以外のどのようなステムにも適用でき、また
、パッケージ壁全体を蛇腹状にする必要はなく、パッケ
ージ壁の一部分に蛇腹状の部分を形成しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、半導体レーザ用パッ
ケージにおいて伸縮可能な蛇腹状キャップを用い、内部
に冷却用液体を充満したので、放熱が良く、また水平面
に対する設置角度の制限のない高出力半導体レーザ用の
パッケージが実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による半導体レーザ用パ
ッケージを示す断面図、第２図は、従来の半導体レーザ
用パッケージの構成を示す断面図、第３図及び第４図は
第２図に示す半導体レーザ用パッケージを回転させて設
置角度を変えた場合を示す断面図である。 図中、（１）は半導体レーザチップ、（２）は透光性ガ
ラス、（３）は冷却用液体、（５）はステム、（６）は
サブマウント材、（７）はヒートシンク、（ａａ）　、
　（ｓｂ）　、　（８ｃ）はリード、Ｑ（１は出射方向
、ＣＩ刀はＡｕ線、（ロ）は蛇腹状キャップである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図 第２図 第３図 １、事件の表示 手 続 補 特願昭 正 書（自発） 号 ２、発明の名称 半導体レーザ用パッケージ ５、　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 ６、　補正の内容 （１）明細書の第５頁第１３行から第１４行に「（５）
はハーメチックシール型のステム、」とあるのｌ　ｌ’
−（５）はハーメチックシール型のステム、」に訂正す
る。 以上 ３、補正をする者 代表者 士 Ｉじ１ 岐 守 哉 ４、代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 伸縮可能な蛇腹状の金属製キャップとレーザ光取り出し
   用の透光性ガラスを少くとも含み、内部に冷却用液体を
   充満したことを特徴とする半導体レーザ用パッケージ。